KR20060055445A - Method and apparatus for measuring film thickness and film thickness growth - Google Patents
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Abstract
필름 두께 및/또는 필름 두께 증가 속도를 측정하기 위한 장치는 적어도 한 개의 압전 소자와, 제1 및 제2 전극을 포함한다. 필름 두께 및/또는 필름 두께 증가 속도를 측정하기 위한 방법은 제1 전극에서 제2 전극까지 압전 소자를 따라 전압을 인가하여 상기 압전소자가 진동하게 하는 단계 및 상기 압전 소자의 진동 속도를 측정하는 단계를 포함한다. 열은 압전 소자에 인가될 수 있다. 상기 압전 소자는 예를 들어, IT-cut의 석영 결정으로 형성될 수 있다.An apparatus for measuring film thickness and / or film thickness increasing rate includes at least one piezoelectric element and first and second electrodes. A method for measuring film thickness and / or film thickness increasing rate includes applying a voltage along a piezoelectric element from a first electrode to a second electrode to cause the piezoelectric element to vibrate and measuring the vibration speed of the piezoelectric element. It includes. Heat may be applied to the piezoelectric element. The piezoelectric element may be formed of, for example, a quartz crystal of IT-cut.
Description
관련된 출원의 참조 문헌REFERENCES OF RELATED APPLICATIONS
본 출원은 2003년 4월 21일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/464,237호의 이익을 청구하고, 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 병합된다.This application claims the benefit of US
본 출원은 2003년 6월 13일에 출원된 미국 특허 제10/460,971호의 이익을 청구하고, 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 병합된다.This application claims the benefit of US Patent No. 10 / 460,971, filed June 13, 2003, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
본 발명은 필름 두께의 측정 및/또는 필름 두께 성장 속도를 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이고, 이러한 측정 및/또는 모니터링을 수행하기 위한 방법에 관한 것이다. 일 태양으로, 본 발명은 예를 들면, 광학 장치(렌즈, 필터, 반사기, 비임 분리기와 같은)의 제작 중 증발제가 증착원으로부터 증착된 증발제의 광학 박막 증착 시스템에 의해 하나 이상의 처리 기판과 동시에 코팅된 테스트 결정의 진동 주파수 변환을 모니터링함으로써 코팅율과 두께 데이터를 실시간으로 제공하는 석영 결정(quartz crystal) 두께 모니터에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring film thickness and / or for monitoring film thickness growth rate and to a method for performing such measurement and / or monitoring. In one aspect, the present invention relates to one or more processing substrates, for example, by an optical thin film deposition system of evaporants deposited from an evaporator during the fabrication of optical devices (such as lenses, filters, reflectors, beam separators). A quartz crystal thickness monitor is provided that provides coating rate and thickness data in real time by monitoring the oscillation frequency conversion of coated test crystals.
1960년대 초 이래로, 석영 결정은 렌즈, 필터, 반사기 및 비임 분리기와 같은 광학 장치의 제작에 사용되는 박막의 코팅 처리를 모니터링하기 위해 사용되었 다. 처음에는 광학 모니터가 필름이 증착되는 속도에 관한 정보를 제공하도록 돕는 것으로 사용되었지만, 석영 결정 센서는 자동 증착 시스템에서 광학 층 두께를 나타내고 제어하는데 의존하게 되었다. Since the early 1960s, quartz crystals have been used to monitor the coating process of thin films used in the fabrication of optical devices such as lenses, filters, reflectors and beam separators. Initially, optical monitors were used to help provide information about the rate at which films are deposited, but quartz crystal sensors have relied on displaying and controlling optical layer thicknesses in automated deposition systems.
나노테크놀로지, 바이오센서, 박막 디스플레이 및 고속 광학 통신과 같은 분야의 연구는 박막 구조의 복잡성을 증가시켰다. 플루오르화 마그네슘(magnesium fluoride)의 단층을 구성하는 반사방지 코팅은 20년 전에 충분했던 반면, 현재의 디자인은 교번식 굴절 인덱스 필름의 24층 적층에 대해 요구될 수 있다. 고속 광학 통신과 함께, 이런 적층은 10겹으로 증가하고, 256층까지 구비된 필터에 이른다. Research in areas such as nanotechnology, biosensors, thin film displays and high-speed optical communications has increased the complexity of thin film structures. While the antireflective coatings that constitute a monolayer of magnesium fluoride were sufficient 20 years ago, current designs may be required for a 24-layer stack of alternating refractive index films. With high speed optical communication, this stacking increases to 10 layers, leading to filters with up to 256 layers.
이런 형상의 제조는 석영 결정에 의해 제공된 제어와 정확성을 요구한다. 불행히, 오늘날의 처리에 이용되는 재료와 증착 온도는 결정 센서의 작동에 악영향을 미친다. The manufacture of this shape requires the control and accuracy provided by the quartz crystals. Unfortunately, the materials and deposition temperatures used in today's processing adversely affect the operation of crystal sensors.
석영 결정 두께 모니터는 광학 박막 증착 시스템의 가장 오판식 부품일 수 있다. 석영 센서는 처리 엔지니어에게 실시간으로 코팅율과 두께 데이터를 Å 해상도로 제공한다.The quartz crystal thickness monitor may be the most misleading component of an optical thin film deposition system. Quartz sensors provide treatment engineers with real-time coating rate and thickness data in shock resolution.
석영 센서 장치는 처리 기판과 동시에 코팅된 테스트 결정의 주파수 진동에서의 변화를 모니터링함으로써 필름 두께를 측정한다. 석영은 압전 재료이고, 즉, 만약 석영 바가 만곡되면, 그것은 대향면 상에 전압을 인가한다. 반대로, 만약 전압이 인가되면, 바는 만곡된다. 이런 바에 교류 전압을 인가함으로서, 바는 전압이 가진 위상으로 진동하거나 발진한다.The quartz sensor device measures the film thickness by monitoring the change in frequency vibration of the test crystals coated with the treatment substrate at the same time. Quartz is a piezoelectric material, that is, if quartz When the bar is curved, it applies a voltage on the opposite side. Conversely, if a voltage is applied, the bar is curved. By applying an alternating voltage to this bar, the bar vibrates or oscillates in phase with the voltage.
특정 진동 주파수에서, 석영은 타격될 때 울리는 포크 링처럼, 극소의 저항으로 진동한다. 이런 고유 공진 주파수는 필름 두께를 측정하는데 기초로 사용된다. 결정의 표면에 코팅함으로써, 공진 주파수는 선형적으로 감소한다. 만약 코팅이 제거 되면, 공진 주파수는 증가한다.At certain oscillation frequencies, quartz vibrates with very little resistance, like a fork ring that rings when hit. This natural resonant frequency is used as the basis for measuring film thickness. By coating on the surface of the crystal, the resonant frequency decreases linearly. If the coating is removed, the resonant frequency increases.
석영 결정 두께 모니터에서, 석영 결정은 가장 상업적인 장치가 5와 6MHz 사이인 고유(또는 공진) 주파수에서 결정이 진동하게 하는 전기 회로에 연결된다. 마이크로프로세서 기반의 제어 유닛은 연속적으로 이 주파수를 모니터링 및 표시하거나 또는 양을 유도한다. 증착동안 재료가 결정에 코팅되면서, 공진 주파수는 재료가 결정에 도달하는 속도 및 재료의 밀도에 비례해서 예측 가능한 방식으로 감소한다. 주파수의 변화는 초당 횟수로 계산되고, 마이크로프로세서에서 초당 Å으로 전환되고, 증착 속도로 표시된다. 상기 축적된 코팅은 총 두께로 표시된다. In a quartz crystal thickness monitor, a quartz crystal is connected to an electrical circuit that causes the crystal to vibrate at an inherent (or resonant) frequency where the most commercial device is between 5 and 6 MHz. The microprocessor based control unit continuously monitors and displays or induces this frequency. As the material is coated onto the crystal during deposition, the resonant frequency decreases in a predictable manner proportional to the speed at which the material reaches the crystal and the density of the material. The change in frequency is calculated in times per second, converted to kiloseconds per second in the microprocessor, and expressed as the deposition rate. The accumulated coating is expressed in total thickness.
이런 센서의 감도는 뛰어나다. 10Å만큼 적은 알루미늄의 균일한 코팅은 일반적으로 오늘날 전자공학에서 쉽게 측정되는 20Hz의 주파수 변환을 야기한다. 필름의 밀도가 증가함에 따라 Å당 주파수 변환은 증가한다. The sensitivity of these sensors is excellent. Uniform coatings of aluminum as low as 10 Hz result in a frequency conversion of 20 Hz, which is commonly measured today in electronics. As the density of the film increases, the frequency conversion per kHz increases.
석영의 사용 수명은 그 두께와 모니터링 코팅의 종류에 의존된다. 만약 알루미늄 같은 저응력 금속이 증착되면, 1,000,000Å만큼 두꺼운 층이 측정된다. 반면에, 높고 응력의 유전체 필름은 2,000Å 이하와 같이 작은 두께에서 결정의 기능불량을 야기할 수 있다. The service life of quartz depends on its thickness and the type of monitoring coating. If a low stress metal, such as aluminum, is deposited, a layer as thick as 1,000,000 Å is measured. High and stress dielectric films, on the other hand, can cause crystal malfunctions at small thicknesses, such as 2,000 kPa or less.
결정 두께 모니터링의 초기에, 구리, 은 및 금의 금속성 필름은 가장 흔하게 증착되는 재료였다. 이 필름은 저응력의 코팅을 생성했고 실온(room temperature) 근방에 지지된 기판 위에서 응축된다. 이런 조건 하에서 필름 두께와 속도의 아주 정확한 결정이 달성가능하다. In the early days of crystal thickness monitoring, metallic films of copper, silver and gold were the most commonly deposited materials. The film produced a low stress coating and condensed on a supported substrate near room temperature. Under these conditions, very accurate determination of film thickness and speed is achievable.
광학 산업이 결정 모니터를 사용하기 시작할 때, 코팅이 빛을 투과시켜야 하기 때문에 불투명한 금속에서 플루오르화 마그네슘과 이산화규소와 같은 투명한 재료로 관심이 변했다. 불행히, 이런 기판은 높은 진성 응력에서 생산되고 높은 처리 또는 기판의 온도가 요구된다. 석영을 사용한 센서가 응력 및 온도 변화에 아주 민감하기 때문에, 이것은 결정 모니터링에 대한 우수한 발전이 아니다. When the optical industry began to use crystal monitors, interest shifted from opaque metals to transparent materials such as magnesium fluoride and silicon dioxide because the coating had to transmit light. Unfortunately, such substrates are produced at high intrinsic stresses and require high processing or substrate temperatures. Since sensors using quartz are very sensitive to stress and temperature changes, this is not an excellent development for crystal monitoring.
이런 감도는 석영의 압전 특성으로 추적할 수 있다. 더 복잡한 문제는 사용되 온 석영 결정 센서가 예를 들어, 장착 홀더에서 박막 응력이나 기계적 힘들에 의해 변형될 때의 주파수 변환을 나타내는 것이다. 만약 처리 조건이 그런 센서를 가열 또는 냉각하면, 유사한 주파수 변환이 발생한다. 기원에 관계없이, 주파수 변환은 추가적인 코팅에 의해 야기되는 것으로부터 구별할 수 없다. This sensitivity can be traced to the piezoelectric properties of quartz. A more complex problem is the frequency conversion when the quartz crystal sensor used is deformed by, for example, thin film stresses or mechanical forces in the mounting holder. If the processing conditions heat or cool such a sensor, a similar frequency shift occurs. Regardless of origin, frequency conversion cannot be distinguished from what is caused by the additional coating.
주파수 변환은 양 또는 음일 수 있고, 누적될 수 있다. 그것은 또한 무작위일 수 있다. 공진 주파수 변환의 원인은, The frequency conversion can be positive or negative and can be cumulative. It can also be random. The cause of the resonance frequency conversion,
· 장착 하드웨어를 통해 생긴 진동,Vibration caused by mounting hardware,
· 결정을 진동시키는데 사용되는 전압에서의 진동,Oscillation at the voltage used to oscillate the crystal,
· 모니터링된 필름에서의 변화(음파 방해),Changes in the monitored film (sound interference),
· 모니터링된 코팅 또는 석영 전극의 접착 실패, 및Adhesion failure of the monitored coating or quartz electrode, and
· 모니터링 회로에서의 라디오 주파수 간섭을 포함한다.Include radio frequency interference in the monitoring circuit.
이런 효과들은 두께와 속도 계산에서 큰 오차를 야기한다. 석영의 온도 진 동은 50Å 이상의 두께 변화를 초래할 수 있다(주파수 변환 대 AT-cut 석영 결정용 온도의 도표인 도1 참조). 접착 실패는 100Å 속도의 급격한 상승을 초래한다. 외부 진동은 천Å 범위 내에서 변화를 가져올 수 있다. 광학 부품의 정확성을 위해서, 이런 오차는 큰 산출 손실을 초래한다.These effects cause large errors in the thickness and velocity calculations. The temperature oscillation of the quartz can result in a thickness change of more than 50 Hz (see Figure 1, which is a plot of frequency conversion versus temperature for AT-cut quartz crystals). Failure to bond results in a sharp rise in 100 kV speed. External vibrations can bring about changes in the range of the antenna. For the accuracy of the optical component, this error results in a large output loss.
광학 필름 코팅동안 존재하는 나쁜 조건은 결정의 작동 수명에 해로운 영향을 끼칠 수 있다. 높은 응력 코팅은 경고 없이 진동을 멈추게 하는 지점에 결정을 변형시킬 수 있다. 코팅 공급원으로부터 재료의 스플래터(splatter)는 유사한 손실에 이르게 할 수 있다. 기판 세척을 위해 사용되는 고에너지 플라즈마는 결정 전자 부품에 연결 될 수 있고 심각한 전자 소음을 야기할 수 있다. 고온 증착은 결정을 과열시킬 수 있고, 그것의 작동 한계를 넘어 구동할 수 있다.Bad conditions present during optical film coating can have a detrimental effect on the operational life of the crystal. High stress coatings can deform the crystal at the point where it stops vibration without warning. Splatters of material from the coating source can lead to similar losses. High energy plasmas used for substrate cleaning can be connected to crystalline electronic components and cause severe electronic noise. High temperature deposition can overheat the crystal and drive beyond its operating limits.
초기 결정 실패는 큰 불편 또는 큰 손실이 될 수 있다. 100+층 박막 적층의 경우, 필름 화학 상의 대기의 바람직하지 않은 효과로 인해 결정을 대체하기 위해 챔버를 통기하는 것은 선택 사항이 아니다. 레이저 동력 또는 적외선 렌즈에 사용되는 두꺼운 필름의 경우, 결정의 짧은 수명은 코팅의 완성을 방해할 수 있다. 고속 롤 코팅 시스템에서, 갑작스러운 결정 손실은 많은 양의 손상된 기판을 야기할 수 있다. Failure to make an initial decision can be a major inconvenience or a loss. In the case of 100+ layer thin film deposition, it is not optional to vent the chamber to replace the crystal due to the undesirable effects of the atmosphere on the film chemistry. For thick films used in laser powered or infrared lenses, the short lifetime of the crystals can interfere with the completion of the coating. In high speed roll coating systems, sudden crystal loss can result in large amounts of damaged substrates.
예를 들어, 20도와 45도 사이의 센서 온도를 유지시키기 위해 센서 헤드 및/또는 수냉식 헤드의 사용을 통해 및 AT-cut 석영으로 형성된 센서의 사용을 통해 결정 손실을 감소시키고 정확성을 증가시키는 시도가 있어왔고, 이 온도 범위에서 AT-cut 석영은 저온 처리를 위해 열적으로 유도된 주파수 변환을 감소시키기 위해 "사실상 온도에 비민감"하다(도1 참조).For example, attempts to reduce crystal loss and increase accuracy through the use of sensor heads and / or water cooled heads to maintain sensor temperatures between 20 degrees and 45 degrees and through the use of sensors formed of AT-cut quartz have been made. In this temperature range, AT-cut quartz is "virtually insensitive to temperature" to reduce thermally induced frequency conversion for low temperature treatment (see Figure 1).
즉, 과거에, 필름은 축적된 필름에서 생긴 응력을 완화시키기 위한 시도를 위해 상승된 온도에서 증착되었다. 그러나, 이런 상승된 온도는 센서가 "사실상 온도에 비민감 구역"에서 이동하게 하고, 이런 센서 시스템의 두께 측정에서 주파수 변환을 초래하기 때문에, 종래 시스템은 이런 가열의 영향을 방해하기 위해 시도되고, 사실상"온도에 비민감"구역에 그 온도를 유지시키기 위해 시도되는 냉각 시스템을 사용해왔다.That is, in the past, films were deposited at elevated temperatures in an attempt to relieve stresses in the accumulated film. However, since this elevated temperature causes the sensor to move in a "virtually insensitive zone to temperature" and results in a frequency shift in the thickness measurement of such sensor systems, conventional systems are attempted to counteract the effects of such heating, In fact, cooling systems have been used that attempt to maintain their temperature in the “insensitive to temperature” zone.
예를 들면, 종래 석영 결정계 박막 두께 센서 시스템은 원 위치 및 실시간으로, 박막 증착 처리의 두께를 측정하기 위해 얇은[두께 0.025cm(0.010inch)] 석영 결정 디스크를 사용하는 수냉식 스테인레스 스틸 홀더를 이용한다. 1960년대 초반부터 이용 가능한 온 이 기술은 플루오르화 마그네슘, 또는 이산화규소 같은 광학 재료가 코팅 처리에 사용될 때 사용하기 어렵다. 이런 재료는 코팅 처리동안 결정이 이상하게 반응하고, 조급하게 실패하게 하고, 측정과 제어 기능이 발생되는 것을 방해한다. 박막으로 증착될 때 이런 재료가 갖는 진성 응력은 미세하게 얼룩지게 되는 석영을 가져온다. 일반적으로, 코팅된 렌즈는 코팅되는 동안 이 응력을 완화하기 위해 가열된다. For example, conventional quartz crystal based thin film thickness sensor systems utilize water-cooled stainless steel holders that use thin (0.025 cm (0.010 inch)) quartz crystal disks to measure the thickness of the thin film deposition process, in situ and in real time. Available since the early 1960s, this technique is difficult to use when optical materials such as magnesium fluoride or silicon dioxide are used in the coating process. These materials cause crystals to behave strangely, fail prematurely, and prevent measurement and control functions from occurring during the coating process. The intrinsic stress of these materials when deposited into thin films results in finely stained quartz. In general, the coated lens is heated to relieve this stress while being coated.
처리를 모니터링 하기 위해 증착되는 구조물(예를 들어, 렌즈) 근처에 위치한 석영센서는, 처리 열(즉, 코팅물을 증착시키는데 사용되는 처리로부터 야기된 열)의 결과 생긴 온도 변화로 인해 그 판독 시 변동을 최소화하기 위해 전통적으로 동시에 물로 냉각된다. 불행히, 이러한 냉각은 결정면 위에 응력 문제를 합성한 다. 게다가, 표준 센서 헤드의 최근 연구는 심지어 물로 냉각해도, 결정온도는 10분간의 처리 내에 20℃내지 30℃까지 상승시킴을 보여준다. 고온 챔버에서의 연장된 작동동안, 온도 증가는 상당히 크게 될 수 있다. Quartz sensors located near structures (e.g. lenses) that are being deposited to monitor the process may be subjected to temperature changes resulting from process heat (i.e., heat resulting from the process used to deposit the coating). It is traditionally cooled with water at the same time to minimize fluctuations. Unfortunately, this cooling combines stress problems on the crystal plane. In addition, recent studies of standard sensor heads show that even with water cooling, the crystal temperature rises from 20 ° C. to 30 ° C. in 10 minutes of treatment. During extended operation in the hot chamber, the temperature increase can be quite large.
온도에 의해 야기되는 부품의 주파수 변환을 상쇄시키기 위한 온도-주파수 알고리즘을 발생시키기 위해 다른 시도가 있어왔다. 이런 작업의 예로서 (1) 이.씨.반 발레구이젠(E. C. van Ballegooijin)의"마이크로밸런스를 사용한 질량과 온도의 동시 측정(Simultaneous Measurement of Mass and Temperature using Quartz Crystal Microbalances)"5장, 방법과 제7 현상, 씨.루(C.Lu)와 에이.떠블류.크젠더나(A. W. Czanderna), 편집자, 압전 마이크로밸런스 석영 결정의 적용(Applications of Piezoelectric Quartz Crystal Microbalances), 엘스비어 출판사 (Elsevier Publishing), 뉴욕, 1984 및 (2) 이.피.어니스(E. P. Eernisse),"석영 공진기의 진공 적용(Vaccum Applications of Quartz Resonators)", 제이.박.스키.테크놀(J.Vac.Sci.Technol), 12권, 1번, 1975,1월/2월, 564쪽~568쪽을 포함한다. Other attempts have been made to generate a temperature-frequency algorithm to counteract the frequency conversion of components caused by temperature. Examples of this work include: (1) "Simultaneous Measurement of Mass and Temperature using Quartz Crystal Microbalances" by EC van Ballegooijin. And the seventh phenomenon, C. Lu and A. Czanderna, editor, Applications of Piezoelectric Quartz Crystal Microbalances, Elsevier Press Publishing, New York, 1984 and (2) EP Eernisse, "Vaccum Applications of Quartz Resonators", J. Vac. Sci. .Technol), Vol. 12, No. 1, pp. 1975, Jan.-February, pp. 564-568.
석영 결정 모니터링 처리에 전형적 예의 변화는 진행 중이다. 많은 적용에서, 결정은 성공의 열쇠가 된다. 재료, 기하학, 처리 디자인 또는 적용 예와 같은 광학에서 아무리 상당한 발전이 있다고 해도, 만약 임의의 정교화된 박막 코팅이 필요하다면, 불충분한 관련성은 얼마나 정확하게 그 필름이 측정될 수 있는가이다. 기술이 물질의 옹스트롬 수준의 특성을 조작하는 것에 폐쇄되어 있기 때문에, 신뢰할 만한 박막 계측학의 필요는 새로운 중요성의 레벨로 상승한다. A typical example change in quartz crystal monitoring process is underway. In many applications, decisions are key to success. No matter how significant advances may be made in optics, such as materials, geometry, process design or application examples, if any elaborate thin film coating is required, insufficient relevance is how accurately the film can be measured. Because technology is closed to manipulating the angstrom level properties of materials, the need for reliable thin film metrology rises to a new level of importance.
필름 응력, 접착 실패, 및 극한의 온도 효과는 적절히 다뤄지지 못해왔다. 나노테크놀로지, 박막 디스플레이, 및 고속 광학 통신의 현재 요구는 은 부정확성을 감소시키고 이러한 기능불량의 주파수를 감소시키는 석영 결정 모니터의 상승된 요구를 가져왔다. Film stress, adhesion failure, and extreme temperature effects have not been adequately addressed. The current demands of nanotechnology, thin film displays, and high-speed optical communications have resulted in an increased demand for quartz crystal monitors that reduce silver inaccuracy and reduce the frequency of these malfunctions.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 압전 소자에 인가된 처리 열의 효과를 방해하기 위해 압전 소자를 냉각하는 시도 대신, 처리 조건 이상인 온도까지 압전 소자를 가열하기 위해 열은 직접 압전 소자에 인가되고, 그 결과 응력이 감소되고, 온도가"사실상 온도에 비민감인 구역"밖에 있지만 압전 소자의 온도가 처리 온도보다 높기 때문에, 압전 소자의 온도는 특정 값에 유지될 수 있고 이에 따라 온도 변화로부터 야기된 임의의 사실상의 주파수 변환을 제거한다. According to the first aspect of the invention, instead of attempting to cool the piezoelectric element to hinder the effect of the processing heat applied to the piezoelectric element, heat is directly applied to the piezoelectric element to heat the piezoelectric element to a temperature above the processing condition, and As a result the stress is reduced and the temperature of the piezoelectric element is higher than the processing temperature although the temperature is outside the "virtually insensitive to temperature", the temperature of the piezoelectric element can be kept at a certain value and thus any resulting from the temperature change Eliminates the actual frequency conversion.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 필름 두께 및/또는 필름 두께의 증가 속도를 측정하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 적어도 한 개의 압전 소자와, 상기 압전 소자의 제1 구역과 접촉하는 제1 전극과, 상기 압전 소자의 제2 구역과 접촉하는 제2 전극과, 상기 압전 소자를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 제2 구역은 제1 구역으로부터 이격되는 장치이다.According to a first aspect of the invention, there is provided an apparatus for measuring film thickness and / or increasing rate of film thickness, said apparatus comprising at least one piezoelectric element and a first contacting said piezoelectric element with said first zone. A device comprising a first electrode, a second electrode in contact with the second zone of the piezoelectric element, and a heater to heat the piezoelectric element, wherein the second zone is spaced apart from the first zone.
바람직하게, 히터는 압전 소자를 적어도 약 50℃, 더욱 바람직하게 적어도 100℃의 온도까지 가열한다. 히터는 바람직하게 압전 소자를 사실상 일정 온도로 유지한다. 바람직하게 상기 장치는 장치가 과열되는 것을 막고 및/또는 장치의 향상된 온도 제어를 제공할 수 있도록 시스템을 더 포함한다.Preferably, the heater heats the piezoelectric element to a temperature of at least about 50 ° C, more preferably at least 100 ° C. The heater preferably maintains the piezoelectric element at a substantially constant temperature. Preferably the device further comprises a system to prevent the device from overheating and / or provide improved temperature control of the device.
본 발명의 제2 태양에 따르면, AT-cut 석영으로 만든 센서의 사용 대신에, 센서는 석영, 즉, IT-cut 석영의 상이한 컷을 만든다. According to a second aspect of the invention, instead of using a sensor made of AT-cut quartz, the sensor makes a different cut of quartz, i.e. IT-cut quartz.
IT-cut 석영 결정은 석영 결정 마이크로밸런스(즉, 박막 두께 센서)로써 사용될 때 산업 표준 AT-cut보다 우수한 성능을 제공한다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 본 발명의 이 태양에 따른 상기 센서의 주된 장점은 높고 진공 박막 증착 시스템에 존재하는 열원이나 고온 증착원에 의해 야기된 주파수 변환을 유도하는 방사에 대한 사실상 응답의 결여이다. 종래 장치에서 AT-cut 결정이 (코팅될 기판을 가열하는데 사용되는 석영 램프와 같은) 방사원에 의해 비춰질 때, 온도의 갑작스런 상승은 진동 주파수의 급격한 상승을 초래한다. 이런 상승은 증착원으로부터 결정의 질량 추가에 의해 야기되는 주파수 변환과 혼동될 수 있다. 따라서 필름 두께의 정확성에서의 오차는 갑자기 유발된다. It has been surprisingly found that IT-cut quartz crystals provide better performance than the industry standard AT-cut when used as a quartz crystal microbalance (ie thin film thickness sensor). The main advantage of the sensor according to this aspect of the invention is the lack of a substantial response to radiation which induces a frequency conversion caused by a high or high temperature deposition source present in a high and vacuum thin film deposition system. In conventional devices, when an AT-cut crystal is illuminated by a radiation source (such as a quartz lamp used to heat a substrate to be coated), a sudden rise in temperature results in a sharp rise in vibration frequency. This rise can be confused with the frequency conversion caused by the addition of the mass of the crystal from the deposition source. Thus, an error in the accuracy of the film thickness is suddenly caused.
본 발명의 이 태양에 따른 IT-cut 석영 결정으로 형성된 센서의 제2 장점은 그 감소된 응력-주파수 응답이다. 종래 장치에서의 AT-cut 결정이 고응력 코팅(예를 들어, 광학 코팅 처리에 사용되는 유전체)의 축적에 의해 변형될 때, 방사의 예처럼 질량의 축적에 의해 야기된 주파수 변환으로부터 구별 불가능한 주파수 변환이 도입된다. IT-cut은 이런 주파수 변환을 AT-cut의 각도로 표시하지 않는다. 게다가, 응력 유도 주파수 소음이 질량-주파수 거동을 용이하게 알기 때문에, IT-cut 석영 결정 마이크로밸런스의 사용 수명은 AT-cut보다 상당히 길다.A second advantage of the sensor formed from the IT-cut quartz crystal according to this aspect of the invention is its reduced stress-frequency response. When AT-cut crystals in conventional devices are deformed by accumulation of high stress coatings (e.g., dielectrics used in optical coating processing), indistinguishable frequencies from frequency conversions caused by accumulation of mass, as in the example of radiation. The transformation is introduced. IT-cut does not express this frequency conversion in degrees of the AT-cut. In addition, the service life of the IT-cut quartz crystal microbalance is considerably longer than the AT-cut, because the stress-induced frequency noise makes it easy to know the mass-frequency behavior.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 필름 두께나 필름 두께의 증가 속도를 측정하기 위해 제공된 장치가 제공되고, 상기 장치는 IT-cut 석영 결정을 구비한 적어도 한 개의 압전 소자와, 상기 압전 소자의 적어도 제1 구역과 접촉한 제1 전극과, 상기 압전 소자의 적어도 제2 구역과 접촉하는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 구역은 제1 구역으로부터 이격되는 장치이다.According to a second aspect of the invention there is provided an apparatus provided for measuring film thickness or the rate of increase in film thickness, said apparatus comprising at least one piezoelectric element with IT-cut quartz crystals and at least one of said piezoelectric elements; A first electrode in contact with a first zone and a second electrode in contact with at least a second zone of the piezoelectric element, wherein the second zone is a device spaced apart from the first zone.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 필름 두께 및/또는 필름 두께의 증가 속도를 측정하는 방법과 관련되고, 상기 방법은 제1 전극에서 제2 전극까지 압전 소자를 따라 전압을 인가하여 상기 압전 소자가 진동하게 되는 단계와, 상기 압전 소자에 열을 인가하는 단계와, 상기 압전 소자의 진동 속도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 압전 소자의 제1 구역과 접촉하고, 상기 제2 전극은 상기 압전 소자의 제2 구역과 접촉하는 방법이다.According to another aspect, the invention relates to a method of measuring film thickness and / or increasing rate of film thickness, the method applying a voltage along a piezoelectric element from a first electrode to a second electrode such that the piezoelectric element vibrates And applying heat to the piezoelectric element, and measuring a vibration speed of the piezoelectric element, wherein the first electrode is in contact with the first zone of the piezoelectric element, and the second electrode Is a method of contacting the second zone of the piezoelectric element.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 필름 두께 및/또는 필름 두께의 증가 속도를 측정하는 방법과 관련되고, 상기 방법은 제1 전극에서 제2 전극까지 압전 소자를 따라 전압을 인가하여 상기 압전 소자가 진동하게 되는 단계와, 상기 압전 소자의 진동 속도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 압전 소자의 제1 구역과 접촉하고, 상기 제2 전극은 상기 압전 소자의 제2 구역과 접촉하고, 상기 압전 소자는 IT-cut 석영 결정을 포함하는 방법이다.According to another aspect, the invention relates to a method of measuring film thickness and / or increasing rate of film thickness, the method applying a voltage along a piezoelectric element from a first electrode to a second electrode such that the piezoelectric element vibrates And measuring the vibration speed of the piezoelectric element, wherein the first electrode is in contact with the first zone of the piezoelectric element, and the second electrode is in contact with the second zone of the piezoelectric element. The piezoelectric element is a method including an IT-cut quartz crystal.
본 발명에 따른 장치는 증착원을 자동으로 제어하고, 반복가능하고, 정확한 박막 코팅을 보증하고 증착속도에 의존한 광학 필름특성을 제어하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 향상된 정확성을 제공한다. The apparatus according to the invention can be used to automatically control the deposition source, to ensure repeatable, accurate thin film coating and to control the optical film properties depending on the deposition rate. The present invention provides improved accuracy.
본 발명은 참조 도면과 본 발명의 다음의 상세한 설명을 참조하여 충분히 이해될 수 있다. The invention can be fully understood by reference to the drawings and the following detailed description of the invention.
도1은 주파수 변환과 AT-cut 석영 결정의 온도 그래프이다.1 is a temperature graph of frequency conversion and AT-cut quartz crystal.
도2는 본 발명에 따른 실시에의 계략적인 도면이다.2 is a schematic diagram of an embodiment according to the present invention.
본 발명에 따른 센서를 사용하는 시스템의 예에서, 압전 소자 결정 센서는 하우징에 내장되고, 코팅 공급원(전자 빔, 열 증발, 스퍼터링 등)에 대해 일 라인 시야 위치(a line-of-sight-position)에 장착된다. 코팅되는 기판은 결정에 인접하게 위치되고, 결정과 기판 상에 증착되는 재료(증발재)의 양이 사실상 동일한 것을 보증한다. 만약 그런 경우가 아니면, 기하학적인 교정이나 "툴링 팩터(tooling factor)"를 적용한다. In an example of a system using a sensor according to the invention, the piezoelectric element determination sensor is embedded in a housing and has a line-of-sight-position with respect to the coating source (electron beam, thermal evaporation, sputtering, etc.). ) Is mounted. The substrate to be coated is positioned adjacent to the crystal and ensures that the amount of material (evaporator) deposited on the crystal and the substrate is substantially the same. If this is not the case, geometric corrections or "tooling factors" apply.
상술했듯이, 본 발명에 따른 필름 두께 및/또는 필름 두께의 증가 속도를 측정하는 장치는 적어도 한 개의 압전 소자와, 제1 및 제2 전극을 포함한다. 본 발명의 태양에 따르면, 압전 소자를 가열하는 히터가 더 제공된다. As mentioned above, the apparatus for measuring the film thickness and / or the rate of increase of the film thickness according to the present invention includes at least one piezoelectric element and first and second electrodes. According to the aspect of this invention, the heater which heats a piezoelectric element is further provided.
일반적으로 압전 소자는 예를 들어 석영, 인화 갈륨이나 랑가타이트(langatites) 또는 랑가사이트(langsites)같은 임의 압전재로 형성될 수 있다. 선호되는 압전재는 석영 결정이다.In general, the piezoelectric element may be formed of any piezoelectric material such as quartz, gallium phosphide or langatites or langsites. Preferred piezoelectric material is quartz crystal.
압전재가 석영 결정인 경우, 그 결정은 바람직하게 단일 회전되는 컷이거나(예를 들어, AT-cut 결정) 또는 2중 회전되는 컷이고(예를 들어, IT-cut 결정 또는 SC-cut 결정)이고, 이러한 결정 컷은 본 기술 분야의 당업자들에게 공지되어 있다.If the piezoelectric material is a quartz crystal, the crystal is preferably a single rotated cut (eg an AT-cut crystal) or a double rotated cut (eg an IT-cut crystal or an SC-cut crystal) Such crystal cuts are known to those skilled in the art.
AT-cut은 단일 회전된 컷 부류의 멤버이고, X-Z 결정 축으로 쏘 블레이드의 평면을 정렬함으로써 형성되고, 이 후 약 35°, 바람직하게 35°15′±20′의 각도 (θ로 참조된 각도)에 도달할 때까지 X축을 중심으로 블레이드를 회전시킨다. AT-cut은 온도 범위 내(상술했듯이, 20℃에서 45℃까지 AT-cut 석영은 "사실상 온도에 비민감적"이다)의 온도 변화를 가지고 거의 주파수 변환을 표시하지 않는다. 컷의 각도는 다소 높거나 또는 낮은 온도에서도(예를 들어, 20분 이상까지) 안정된 작동을 허용하도록 변화될 수 있다.The AT-cut is a member of a single rotated cut class and is formed by aligning the plane of the saw blade with the XZ crystal axis, followed by an angle of about 35 °, preferably 35 ° 15 '± 20' (an angle referred to as θ) Rotate the blade around the X axis until it reaches. The AT-cut has a temperature change in the temperature range (20-45 ° C. as described above) that the AT-cut quartz is "virtually insensitive to temperature" and shows little frequency conversion. The angle of the cut can be varied to allow stable operation even at rather high or low temperatures (eg, up to 20 minutes or more).
SC-cut 및 IT-cut 결정은 2중으로 회전된 컷이다. 이러한 컷은 예를 들어, 블레이드를 X축(θ각에 의해)을 중심으로 회전시키고, 결정을 Z축을 중심으로 각도(φ)만큼 회전시키고, X-Z 결정 축으로 쏘 블레이드의 평면을 정렬시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 달리, 이러한 컷은 X-Z 결정 축으로 쏘 블레이드를 정렬하고, 그 다음 X축, 및 그 후 Z축 또는 Z축, 및 그 후 X축을 중심으로 블레이드를 회전시킴으로써 형성된다.SC-cut and IT-cut decisions are cuts that are rotated in duplicate. Such a cut may be formed, for example, by rotating the blade about the X axis (by the θ angle), rotating the crystal by an angle φ about the Z axis, and aligning the plane of the saw blade with the XZ crystal axis. Can be. Alternatively, this cut is formed by aligning the saw blade with the X-Z crystal axis and then rotating the blade about the X axis and then the Z or Z axis, and then the X axis.
SC-cut 결정은 약 35°의 θ값, 바람직하게 35°15′±20′θ의 값을 갖고, 약 22°의 φ값, 바람직하게 약 22°0′, ±20′의 φ값을 가진다.The SC-cut crystal has a θ value of about 35 °, preferably a value of 35 ° 15 '± 20'θ, a φ value of about 22 °, preferably a φ value of about 22 ° 0', ± 20 '. .
SC-cut 결정은 AT-cut의 것과 유사한 주파수-온도 행동을 나타내고, 특히 결정에 응력이 가해질 때의 주파수 변환이 사실상 없는 것을 보여주는 추가된 특징을 갖는다. 초기 코팅 시도에서, SC-cut 재료로부터 제작된 모니터 결정은 AT-cut 결정 상에 높은 응력 유전체에 의해 유도된 어떤 주파수 변환도 나타내지 않는다. 역사적으로 SC-cut 결정은 석영의 더 비싼 버전이지만, 광학 처리 엔지니어를 위한 이익은 비용에 따른 불이익을 능가한다. The SC-cut crystal exhibits a frequency-temperature behavior similar to that of the AT-cut, and has the added feature that shows that there is virtually no frequency conversion, especially when the crystal is stressed. In initial coating attempts, the monitor crystals made from the SC-cut material do not exhibit any frequency conversion induced by the high stress dielectric on the AT-cut crystals. Historically, SC-cut crystals are more expensive versions of quartz, but the benefits for optical processing engineers outweigh the cost disadvantages.
IT-cut 결정은 약 34°내지 35°, 바람직하게는 34°24′±20′의 θ값을 갖 고, 약 19°, 바람직하게는 19°6′±20′의 φ값을 갖는다. The IT-cut crystal has a θ value of about 34 ° to 35 °, preferably 34 ° 24 '± 20', and has a φ value of about 19 °, preferably 19 ° 6 '± 20'.
IT-cut 결정이 본 명세서에 설명한대로 석영 결정 두께 모니터로 사용될 때, IT-cut 결정은 놀랍게도 열원 또는 높은 진공 박막 증착 시스템에 존재하는 고온 증착원에 의해 야기되는 주파수 변환을 유도하는 방사에 사실상 응답 부족을 표시한다. 게다가, IT-cut 석영 결정이 주파수 변환에 의해 유도된 아주 낮은 응력을 표시한다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 본 발명에 따라 IT-cut 석영 결정을 가열함으로써, 코팅이 좀 더 잘 작동하고 센서는 매우 정확하게 수행한다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다. 더욱이, 낮은 응력 성능을 위해, 특정 회로는 필요하지 않다(SC-cut 석영의 경우, 일반적으로는 특정 회로가 요구된다고 밝혀졌다). When an IT-cut crystal is used as a quartz crystal thickness monitor as described herein, the IT-cut crystal is surprisingly responsive to radiation which induces frequency conversion caused by a high temperature deposition source present in a heat source or a high vacuum thin film deposition system. Indicate lack. In addition, it has been found that IT-cut quartz crystals display very low stress induced by frequency conversion. Moreover, it has surprisingly been found that by heating the IT-cut quartz crystal according to the invention, the coating works better and the sensor performs very accurately. Moreover, for low stress performance, no specific circuit is needed (in the case of SC-cut quartz, it is generally found that a specific circuit is required).
일반적으로, 압전 소자는 임의 적절한 형상일 수 있다. 바람직하게, 압전 소자는 사실상 평면 볼록렌즈 또는 사실상 평평하고 평행한 반대 표면을 갖는다. 바람직한 형상은 일반적으로 반지름 방향의 치수보다 더 작은 축방향 치수를 가진 실린더형이다. 바람직하게, 본 기술 분야에 공지된 것처럼 압전 소자의 엣지는 경사진다. In general, the piezoelectric element may be of any suitable shape. Preferably, the piezoelectric element has a substantially planar convex lens or a substantially flat and parallel opposite surface. Preferred shapes are generally cylindrical with an axial dimension that is smaller than the radial dimension. Preferably, the edge of the piezoelectric element is inclined as is known in the art.
압전 소자는 바람직하게 본체에 장착된다. 그런 본체는 임의의 필요한 형상이 될 수 있고, 바람직하게, 본체는 그것의 주변을 따라 압전 소자를 지지하고, 압전 소자의 큰 내부는 진동하도록 자유로이 둔다.The piezoelectric element is preferably mounted to the body. Such a body can be of any desired shape, and preferably, the body supports the piezoelectric element along its periphery, leaving the large interior of the piezoelectric element free to vibrate.
제1과 제2 전극은 전기를 도전할 수 있는 임의 구조일 수 있다. 상술했듯이, 제1 전극은 적어도 압전 소자의 제1 구역과 접촉하고, 제2 전극은 적어도 상기 압전 소자의 제2 구역과 접촉 하고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 이격되어 있고, 따라서 전력 공급으로부터의 전류는 제1 전극, 제1 구역에서 제2 구역까지의 압전 소자, 그리고 제2 전극을 통해 통과할 수 있다.The first and second electrodes may be of any structure capable of conducting electricity. As described above, the first electrode is at least in contact with the first zone of the piezoelectric element, the second electrode is at least in contact with the second zone of the piezoelectric element, and the second zone is spaced from the first zone, and thus from the power supply The current of may pass through the first electrode, the piezoelectric element from the first zone to the second zone, and the second electrode.
바람직하게, 압전 소자의 제1 및 제2 구역은 전극재로 코팅된다. 바람직하게, 압전 소자의 제1 및 제2 구역은 알루미늄과 알루미늄 합금 전극재로 코팅된다. 이산화 규소(silicon dioxide) 코팅에 있어, 그런 전극 구역은 산업 표준 금 결정 전극 코팅과 비교했을 때, 센서의 사용 수명을 100% 이상 더 연장한다. 게다가, 전극 접착 실패로 인한 주파수 변환은 표준 실험 조건 하에서 90%까지 감소된다. 모든 코팅이 동일하지 않지만, 이 전극이 가져오는 장점은 재료 및 증착 사양이 되는 것이다. 이와 달리, 또 다른 적절한 재료, 예를 들어, 금은 전극 코팅을 제1 및 제2 구역에 형성하는데 사용될 수 있다.Preferably, the first and second zones of the piezoelectric element are coated with electrode material. Preferably, the first and second zones of the piezoelectric element are coated with aluminum and aluminum alloy electrode material. For silicon dioxide coatings, such electrode zones extend the sensor's service life by more than 100% when compared to industry standard gold crystal electrode coatings. In addition, the frequency shift due to electrode adhesion failure is reduced by 90% under standard experimental conditions. Although not all coatings are the same, the advantage this electrode brings is the material and deposition specifications. Alternatively, another suitable material, for example gold or silver, can be used to form the electrode coating in the first and second zones.
일반적으로, 히터를 사용하는 경우, 원하는 온도까지 압전 소자를 가열하는데 효율적이고, 그런 원하는 온도에서 압전 소자를 유지시키는 임의의 히터 또는 히터가 사용된다. 예를 들어, 임의의 전도 히터, 방사 히터 및 대류 히터가 사용될 수 있다. 히터의 적절한 예는 (본 기술 분야의 당업자들에게 공지된, 즉, 블록 내부에 위치된 저항력 있는 와이어를 가진 블록을 포함한) 캡톤(Kapton) 접촉 히터, 석영 램프 적외선 가열원 등을 포함한다. 그런 히터 또는 히터는 본체 내부에 위치되거나 또는 (본체에 의해 압전 소자로 전도된 열과 함께) 본체에 클램핑 될 수 있거나 또는 본체로부터 분리되지만 압전 소자를 향해 지향될 수 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 배열일 수 있다. Generally, when using a heater, any heater or heater is used that is efficient at heating the piezoelectric element to a desired temperature, and which maintains the piezoelectric element at such a desired temperature. For example, any conduction heater, radiating heater and convection heater can be used. Suitable examples of heaters include Kapton contact heaters, quartz lamp infrared heating sources, and the like (as known to those skilled in the art, ie, including blocks with resistive wires located within the block). Such a heater or heater may be located inside the body or clamped to the body (with heat conducted to the piezoelectric element by the body) or may be separated from the body but directed towards the piezoelectric element, or in any other suitable arrangement. Can be.
바람직하게, 증착은 진공에서 수행된다. 그런 경우, 히터는 전도 또는 방사 된다. Preferably, the deposition is performed in vacuo. In that case, the heater is conducted or radiated.
상술했듯이, 본 발명의 장치는 장치가 과열되는 것을 막는 것이 가능한 냉각 시스템 및/또는 장치의 향상된 온도 제어를 제공하는 냉각 시스템, 바람직하게 수냉식 시스템, 예를 들면, 냉각수와 도관을 둘러싸는 환경 사이의 열 교환에 의해 열을 제거하기 위한 도관을 통해 순환되는 시스템을 바람직하게 더 포함한다. As mentioned above, the device of the present invention is a cooling system capable of preventing the device from overheating and / or a cooling system that provides improved temperature control of the device, preferably between a water-cooled system, for example between the environment surrounding the conduit and the cooling water. It further preferably comprises a system circulated through a conduit for removing heat by heat exchange.
본체의 온도는 사실상 일정 온도에서 본체(및 압전 소자)를 유지하기 위해 예를 들어, 써모커플(thermocouple) 또는 써미스터(thermistor)를 사용하여 모니터링 된다.The temperature of the body is monitored using, for example, a thermocouple or thermistor to maintain the body (and piezoelectric element) at a substantially constant temperature.
압전 소자의 진동 주파수는 임의의 적절한 장치를 사용함으로써 감지된다. 예를 들면, 숙련된 기술자는 압전 소자의 진동 주파수를 판독하기 위해 용이하게 설치될 수 있는 마이크로프로세서에 정통하다.The vibration frequency of the piezoelectric element is sensed by using any suitable device. For example, the skilled person is familiar with microprocessors that can be easily installed to read the vibration frequency of the piezoelectric element.
유사하게, 임의의 적절한 장치는 진동 데이터의 주파수를 증착 속도(예를 들어, 초당 Å) 및/또는 축적된 코팅 값(즉, 예를 들면, Å단위의 총 두께)으로 변환시키기 위해 사용된다. 예를 들면, 숙련된 기술자는 그런 변환을 수행하기 위한 마이크로프로세서의 설치에 정통하다. 그런 계산의 수행을 위한 알고리즘의 다양성은 본 기술 분야(예를 들면, 치-션 루(Chih-shun Lu),"압전 소자 석영 결정 공진기와 함께 질량의 결정(Mass determination with piezoelectric quartz crystal resonators)",제이.박.스키.테크놀.(J.Vac.Sci.Technol.),12권,1번,(1월/2월.1975), 여기서 참조로 병합된 전체를 참조)의 당업자에게 공지되어있다. 보정은 본 기술 분야에 공지된 것처럼, 음파 방해물을 계산하기 위한 두께 계산 알고리즘으로 만들어진다. Similarly, any suitable apparatus is used to convert the frequency of the vibration data into deposition rate (eg, in seconds per second) and / or accumulated coating value (ie, in total thickness in kilowatts). For example, the skilled person is familiar with the installation of microprocessors to perform such conversions. The variety of algorithms for performing such calculations is known in the art (eg, Chih-shun Lu, "Mass determination with piezoelectric quartz crystal resonators"). To those skilled in the art of J.Vac.Sci.Technol. , Vol . 12, No. 1, (January / February. 1975), incorporated herein by reference in its entirety. It is. The correction is made with a thickness calculation algorithm to calculate the acoustic interference, as is known in the art.
더욱이, 공지된 전자공학 및 실딩(shielding)은 바람직하게 라디오 주파수 간섭 및 전압 변화를 제거하기 위해 사용된다.Moreover, known electronics and shielding are preferably used to eliminate radio frequency interference and voltage variations.
도2는 본 발명에 따른 실시예의 한 예를 계략적으로 도시한다. 도2에 도시된 실시예에서, 일반적으로 실리더형 석영 결정(10)은 그 중심부가 밀링 가동된 스텐레스 스틸의 블록으로 형성된 본체(11)에 장착된다. 가열된 블록(12)은 본체(11) 및 석영 결정(10)을 가열하기 위해 본체(11)와 접촉한다. 석영 결정(10)의 바닥면과 접촉한 본체(11)는 제1 전극으로 작동하고 콜렛(4)과 석영 결정의 상부면 사이에 위치된 스프링 접촉 전극(13)은 제2 전극으로써 작동한다. 전압(도시되지 않음)은 전력 공급원에 의해 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된다. 스프링 접촉 전극(13)은 외부에서 발생한 진동을 최소화한다. 2 schematically shows an example of an embodiment according to the present invention. In the embodiment shown in Fig. 2, generally the cylinder-
상술했듯이, 본 발명에 따른 필름 두께 및/또는 필름 두께 증가 속도를 측정하기 위한 방법은 제1 전극에서 제2 전극까지 압전 소자를 따라 전압을 인가하여 압전 소자가 진동하게 하는 단계와, 압전 소자의 진동 속도를 측정하는 단계로 포함한다. 본 발명의 일 태양에서, 열은 압전 소자에 인가될 수 있다.As described above, the method for measuring the film thickness and / or film thickness increase rate according to the present invention comprises applying a voltage along the piezoelectric element from the first electrode to the second electrode to cause the piezoelectric element to vibrate; It includes the step of measuring the vibration speed. In one aspect of the invention, heat may be applied to the piezoelectric element.
압전 소자에 열이 인가되는 본 발명의 태양에 따르면, 바람직하게, 상기 압전 소자는 적어도 약 50℃의 온도, 바람직하게 적어도 약 100℃, 예를 들어, 약 100℃에서 약 120℃까지 범위의 온도, 예를 들어, 약 100℃ 온도까지 가열된다.According to an aspect of the invention in which heat is applied to the piezoelectric element, preferably, the piezoelectric element has a temperature of at least about 50 ° C., preferably at least about 100 ° C., for example a temperature in the range from about 100 ° C. to about 120 ° C. For example, to a temperature of about 100 ° C.
본 발명은 처리 모니터링 및 광학의 제어 및 광학과 전자 장치의 생산에 사용되는 "높은 응력"의 전자 박막 코팅에 적용된다. 본 발명은 고진공 증착 처리를 통과해 특히 박막의 생산에 적용된다.The present invention applies to electronic thin film coatings of "high stress" used in process monitoring and control of optics and in the production of optics and electronic devices. The invention is applied in particular to the production of thin films through a high vacuum deposition process.
표준 "AT-cut 석영 결정을 이용하는 가열된 결정 센서 시스템은 고진공 박막 증착 시스템에서 더 정밀하고 길게 지속하는 처리 제어를 허용한다.Heated crystal sensor systems using standard "AT-cut quartz crystals allow for more precise and long lasting process control in high vacuum thin film deposition systems.
상기 결정을 100℃(비록 50℃나 그 이상의 온도에서도 이익이 관찰되지만)를 포함하는 온도까지 가열함으로써, 결정의 이상한 성능이 최소화되거나 심지어 제거되는 것이 관찰된다. 이 향상의 추가적인 장점은 진공 챔버에서 결정을 냉각하기 위해 종래에 사용된 수관(water line)이 제거될 수 있다는 것이다. 이것은 진공 시스템 내 설치를 간소화하고, 일상적인 문제인, 누수의 가능성을 제거한다.By heating the crystal to a temperature including 100 ° C. (although the benefit is observed even at temperatures of 50 ° C. or higher), it is observed that the strange performance of the crystal is minimized or even eliminated. An additional advantage of this improvement is that the water lines conventionally used to cool the crystals in the vacuum chamber can be removed. This simplifies the installation in a vacuum system and eliminates the possibility of leaks, a routine problem.
추가적으로, IT-cut 결정은 방사 잠열 또는 얇은 유전체 필름의 응력 축적에 응답하지 않는다. 이는 (1)밝은 빛이 종종 코팅하는데 사용되는 재료의 가열하는 것을 수반하고, (2)유전체 필름이 광학 코팅에 사용되는 재료의 부피를 형성시키기 때문에 많은 광학 코팅 처리에서 중요하다. 석영은 유한 "주파수-온도" 및 "응력-주파수"작용을 가진다. 이것이 가열하고 또는 변형될 때, 그 진동 주파수는 변화한다. 이것은 결정 표면에 코팅이 축적되면서 진동 주파수에서 선형적으로 감소함으로써 필름 두께를 기재하는 박막 두께 센서에 이용되는 메카니즘에 상충한다. IT-cut 결정은 방사 에너지 또는 응력에 의해 초래된 주파수 변환을 제거한다. 결과적으로, 가열된 IT-cut 결정은 얇은 광학 필름의 정확한 측정에 이상적이다. In addition, IT-cut crystals do not respond to latent heat of heat or stress accumulation in thin dielectric films. This is important in many optical coating processes because (1) bright light often involves heating of the material used to coat, and (2) the dielectric film forms a volume of material used for optical coating. Quartz has finite "frequency-temperature" and "stress-frequency" action. As it heats up or deforms, its vibration frequency changes. This counteracts the mechanism used in thin film thickness sensors to describe film thickness by linearly decreasing at oscillation frequency as the coating builds up on the crystal surface. The IT-cut decision eliminates the frequency shift caused by radiant energy or stress. As a result, heated IT-cut crystals are ideal for accurate measurement of thin optical films.
예Yes
"IT-cut" 석영 결정의 예는 진동-처리 챔버에서 광학재(플루오르화 마그네슘 (magnesium fluoride))의 코팅을 모니터하기 위해 사용된다. 이 결정 타입은 석영의 열 특성이 광학재 증착을 모니터링하는 더 안정된 수단을 제공하기 위해 변화될 수 있는지 아닌지를 결정하기 위한 실험을 위해 선택된다. 현 사용의 표준 결정 타입은 "AT-cut"석영으로 언급되고, 온도 및 코팅 응력에 매우 의존적이다. 본 실험의 실행에서, 적외선-가열원, 석영 램프는 전형적인 산업 응용분야에 존재하는 조건을 모의 실험하기 위해 결정을 방사적으로 가열하는데 사용된다. 본 결정은 AT-cut과 현저하게 대조적으로, 램프가 켜질 때, 눈에 띄는 주파수 변환을 기재하지 않는다. 그것이 센서의 정밀도를 현저히 향상시키기 때문에, 이것은 놀랄만한 특성이다.An example of an "IT-cut" quartz crystal is used to monitor the coating of optical material (magnesium fluoride) in a vibration-treatment chamber. This crystal type is chosen for the experiment to determine whether the thermal properties of the quartz can be changed to provide a more stable means of monitoring the deposition of the optical material. The standard crystal type in current use is referred to as "AT-cut" quartz and is very dependent on temperature and coating stress. In the practice of this experiment, an infrared-heat source, a quartz lamp, is used to radially heat the crystals to simulate the conditions present in typical industrial applications. This determination, in contrast to the AT-cut, does not describe a noticeable frequency shift when the lamp is turned on. This is a surprising feature because it significantly improves the accuracy of the sensor.
상기 실험은 또한 결정의 작동 온도를 상승시키는데 사용되는 분리식 캡톤 접촉 히터를 추가하여, 반복된다. 가열된 결정은, 전처럼 방사 열 효과에 눈에 띄는 응답의 동일한 결핍을 가지면서, 또한 플루오르화 마그네슘 광학 필름 코팅 처리를 모니터링하기 위해 사용될 때 더 길고 더 큰 안정성으로 작동된다. 본 실험은 "AT-cut" 결정과 함께 반복되고, 또한 가열된다. 유사한 효과가 관찰된다. 이것은 보통 물로 냉각되는(예를 들면, 약 20℃) 산업 표준 "AT-cut"의 성능에 대해 현저한 향상이다. The experiment is also repeated, adding a separate Kapton contact heater used to raise the operating temperature of the crystal. The heated crystals operate with longer and greater stability when used to monitor magnesium fluoride optical film coating treatments, while having the same lack of noticeable response to radiant thermal effects as before. This experiment is repeated with the "AT-cut" crystal and also heated. Similar effects are observed. This is a significant improvement over the performance of the industry standard “AT-cut”, which is usually cooled with water (eg, about 20 ° C.).
상술된 장치의 임의의 둘 이상의 구조적인 부분이 병합될 수 있다. 상술된 장치의 임의의 구조적인 부분은(필요하다면, 같이 유지되는) 둘 이상의 부분에 제공될 수 있다. Any two or more structural parts of the above-described device may be merged. Any structural portion of the device described above may be provided in two or more portions (if necessary maintained together).
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Legal Events
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PA0105 | International application |
Patent event date: 20051020 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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PG1501 | Laying open of application | ||
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PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20090416 Comment text: Request for Examination of Application |
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PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110221 Patent event code: PE09021S01D |
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PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20111004 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20110221 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |